D波段行波管电子光学系统设计

提出一种用于D波段行波管的电子光学系统设计方案,包括电子枪和永磁聚焦系统,并进行了验证。电子枪采用经典皮尔斯电子枪结构,阴极发射面的外层设置阴极套壳,抑制阴极边缘杂散发射;采用圆柱形控制极替代锥形控制极,同时在聚焦极加负偏压,调节电子注的压缩状态。所设计电子枪工作电压为19 kV,提供电子注电流57 mA,注腰半径为0.068 mm,射程为14.9 mm。为在半径0.15 mm的电子通道中稳定地聚焦和传输电子注,永磁聚焦系统采用周期永磁聚焦系统。峰值磁场为布里渊磁场的2.9倍,增加了电子注刚性。模拟结果显示,传输的电子注最大波动半径小于0.1 mm。按所设计的电子光学系统加工组装了试验流通短管,测试结果显示电子注电流为49.83 mA,收集极电流为49.6 mA,对应电子注流通率达到99.5%,实现了设计目标。     

行波管过渡区磁场的研究与设计

周期永磁聚焦系统因其体积小、重量轻等优点而在行波管中得到广泛的应用。为了进一步改善其特性,文章 通过MTSS 软件对不同磁场聚焦下的电子注进行模拟,结果表明对于不同的过渡区磁场值,使电子注聚焦的磁场的最 佳起始位置不同,它随过渡区磁场值的增大而逐渐远离阴极并靠近注腰位置。这个结果对于PPM 的优化具有重要的意 义。加入优化后的聚焦磁场并使用三维程序对Ku 波段150W 螺旋线行波管的电子注进行模拟,波动由原来的20%降低 为11%;同时降低了所需要的周期磁场的峰值,这有助于实现行波管的小型化。     

多注周期永磁聚焦系统横向磁场的研究

从理论上对多注行波管周期永磁聚焦系统横向磁场的性质以及对电子注聚焦的影响进行了讨论,并借助仿真手段分析了一五注耦合腔周期永磁聚焦系统各电子注通道轴内的横向磁场分布规律,讨论耦合槽结构对横向磁场分布的影响,并对横向磁场造成的电子注偏移进行了粒子模拟。     

C波段多注速调管电子光学系统的初步设计

采用电子枪软件EGUN对C波段多注速调管的电子光学系统进行了初步设计,得到的电子枪发射电流密度均匀,电子注轨迹层流性好并且在收集极发散均匀。应用此电子枪分别研究阴极表面磁场的变化、磁场比例因子的变化、均匀区平坦度的变化对电子轨迹的影响。随着阴极表面磁场的增大,电子注注腰半径增大,电子注波动增大;而随磁场比例因子的增大,电子轨迹波动增大,波动频率增加;均匀区平坦度有波动时,磁场增大则波动减小,磁场减小则波动增大。     

栅控电子枪设计的新理论

本文介绍近年来在高功率真空电子器件中广泛应用的栅控电子枪的设计新理论,即电子注成形系统与周期永磁聚焦之间的耦合问题和得到的一系列简单关系式。文中还阐述了周期聚焦行波管中电子注成形、传输和收集系统的发散率及其增长理论,这一理论为栅控电子枪、周期永磁聚焦和收集极系统提供了新的设计准则。     

用于线性注管的一种新型静电聚焦降压收集极

本文从理论上比较了可用于降压收集极的各种形式的减速静电场。不考虑空间电荷,聚焦场比散焦场有更高的收集极效率η收集极。在双曲线场这一特殊情况下,η收集极是电子注发散角、电子注直径和电子注初始能量的函数。η收集极随1)电子注发散角的减少,2)收集极尺寸与电子注直径之比的增加,3)电子注初始能量的增加和收集极级数增加而增加。实验研究了一种用于脉升比为8分贝的周期永磁聚焦高功率双模行波管的双曲线场型三级降压收集极。在50％、75％和100％的降压条件下,管子效率在低功率模式上为26％,而在高功率模式上为34％,相应的收集极效率为76％和71％。     

IGC功率行波管高频散焦的抑制

一 前言 在功率行波管中,当慢波电路中加上高频信号以后,静态聚焦良好的电子注,由于高频场的作用,使电子注的半径受到扰动。在强高频场下电子注波动可以相当大,以至于使(虫母)线电流大大增加,从而电子注的通过率下降。 这个现象,我们就称为功率行波管的高频散焦。 严重的高频散焦将给行波管带来许多有害的影响。首先它     

平极靴周期永磁聚焦系统的理论分析及实验研究

前言在周期永磁聚焦的行波管中为了减小电子注的脉动,希望尽量缩小周期。过去由于受永磁材料性能的限制,很难将周期缩得很短。自从钐钴磁钢问世以来,由于其优越的磁性能,使这一问题得到了突破。相应地对于聚焦系统的结构也提出了新的要求。我们曾在一个行波管上试验了周期为7.9毫米的平极靴周期永磁聚焦系统并获得成功。本文介绍此种结构的理论分析及由此所得到的工程计算公式,同时给出实验结果。     

折叠波导行波管PIC 模拟中的相位分析方法研究

由于非线性计算特别是场相位方面缺乏专门的分析工具及方法,一直难以对折叠波导行波管的电子效率及副特性进行准确分析。通过CST PARTICLE STUDIO的PIC仿真模块,利用行波管注波互作用中的轴向基波电流与轴向基波电场的相位差表征注波相位关系,提出了一种相位分析方法。通过比较V波段折叠波导行波管单跳变周期结构与均匀周期结构的注波互作用模拟结果,揭示了注波互作用中相位聚焦的物理机理,优化后电子效率提高了5.13%,验证了PIC模拟中相位分析方法的合理性。     

0.22 THz微电真空折叠波导行波管的聚焦磁场研究

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中,为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区,并维持较高的电子通过率,需仔细设计磁场聚焦系统。本文在 FWG-TWT 中使用螺线管线圈和周期永磁聚焦系统(PPM)2种磁场结构来实现电子束流的稳定注入和传输。通过三维仿真软件对此电子光学系统进行模拟计算,重点考察了磁场的初始位置、磁感应强度峰值以及磁体厚度等对电子束传输特性的影响。仿真结果表明,在合理的参数范围内,电子注静态通过率可以接近100%,波动很小,能够实现束流的稳定注入和传输。     

一种高效率多注毫米波行波管的设计模拟

对某Ka波段7注耦合腔行波管慢波系统进行了模拟,分析了多注耦合腔行波管的单腔冷测特性、周期永磁聚焦（PPM）系统以及PPM聚焦系统下的注-波互作用,模拟结果表明：在中心频率34.5GHz处,其饱和输出功率达到829W,增益43.16dB,带宽约1.4GHz,电子效率高达30.37%。     

耦合腔行波管PPM聚焦系统中横向场的研究

利用电磁计算软件Opera-3d对耦合腔行波管周期永磁聚焦系统中的横向场进行数值模拟计算,分析其分布规律,探讨了影响横向场幅度变化的主要因素,模拟表明横向场增大时会降低聚焦电子注的静态流通率。     

行波管电子枪改进及过渡区磁场设计的模拟计算

分析了行波管电子枪和过渡区磁场设计的基本原理和方法,结合互作用区分别对高面积压缩比、低导流系数电子枪及其后的过渡区磁场进行改进和设计：首先对加辅助阳极的原电子枪和过渡区的周期聚焦磁场进行优化,在考虑热初速的情况下,对电子枪和磁场再度优化。模拟结果表明：辅助阳极能有效改善高面积压缩比、低导流系数电子枪产生电子注的层流性;电子热初速对电子注质量影响较大;合理的过渡区磁场能为互作用区提供符合要求的电子注。运用此设计对一螺旋线行波管进行模拟计算,达到了良好的效果。     

一维阵列电子注平面聚焦系统磁场分布特性

针对平面集成行波管对一维阵列电子注聚焦的应用需求,设计了4通道电子注平面磁聚焦系统。将各通道磁场轴向和横向分量沿轴分布特征计算结果与测试结果进行对比,确认了Opera软件计算磁场分布特征的准确性。为与轴对称周期永磁(PPM)聚焦系统电子注通道内磁场分布特性进行对比,建立了轴对称PPM聚焦系统模型,测试结果与计算结果一致性较好。通过平面聚焦系统与轴对称PPM聚焦系统电子注通道内的磁场纵向和横向分布特性对比表明,两种聚焦系统电子注通道内纵向和横向磁场具有相同的分布特征,在离轴相同位置的圆周上横向磁场分量与轴向分量的比值均为B_x/B_z≈0.11,该平面聚焦系统可实现一维阵列圆形电子注的良好聚焦。     

耦合腔行波管电参量对降压收集极特性的影响

该文基于Orprogr软件,在X波段模拟设计出耦合腔行波管的期待电性能,并利用互作用后的电子注为入口条件,优化设计出收集效率大于71.5%、电子注着陆相对均匀的三级降压收集极。在上述条件下,讨论了电子进入收集极层流性(速度比)、电极形状、电极电压以及收集极内电场分布对电子运动的影响,从物理上给出了电子注在收集极表面着陆特点的详细分析。     

一个用钐钴磁铁聚焦的2千瓦多倍频程行波管

周期永磁聚焦行波管特性最严重和最主要的限制是由于一些零散电子注的截获而在高频结构上引起的过量热耗散。电子注聚焦质量很大程度上决定于铝镍钴(Alnico)一类永久磁体的性能。采用稀土钴合金以后,周期磁聚焦行波管的特性将会有所突破。本文描述了一个用钐钴磁铁聚焦的行波管,在百分之十的工作比下得到2千瓦的输出功率。利用普通的螺旋线慢波结构,管子覆盖着3.5～10.6千兆赫超过倍频程的频率范围。在负载驻波比达10:1时仍能获得良好的工作。这类磁铁由稀土钴粉末合金经下列过程制成的:粉末配制,磁埸定向,压制,烧结和磁化。用于这类管子的磁铁,其磁能积已大于15兆高一奥。     

星载栅控行波管电子光学系统设计与实验研究

设计了X波段1600 W星载栅控行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,分析了磁场峰值对电子注注腰位置的影响,以此为基础优化了过渡区的磁场,获得电子注与磁系统的良好匹配.在此基础上进行了实验验证,经测试静态流通率达到99.4％,满足了整管的设计需求.     

周期永磁聚焦电子注的实验测定

为了确定在行波管制造过程中所允许的公差,用一个能够对周期永磁系统内的电子注进行自动三维测绘的电子注分析器,测量了电子注位置和电子注脉动与电子注注入的偏心度、电子枪的倾斜度以及阳极—周期永磁聚焦系统间隔之间的关系。在周期永磁聚焦系统中,横向场的影响看来是严重的。对实验结果和二维Hermannsfeldt计算机程序的计算结果进行了比较。     

基于SDRWS的340 GHz返波管的计算机模拟

采用计算机模拟的方法对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)的340 GHz返波管进行详细研究。首先对返波管所需的电子枪和永磁聚焦系统进行计算机模拟,结果表明,永磁聚焦系统与电子枪相结合,能够产生并维持14~17 kV,43.4 mA的电子注和18~21 kV,56.1 mA的电子注,且电子注电压在14~21 kV之间时,电子注在慢波结构区域的最大半径小于0.08 mm,半径波动最大值为0.034 mm。利用所计算的电子注,对基于SDRWS的340 GHz返波管进行互作用计算,结果表明,当电子注电压在14~21 kV之间调谐时,输出电磁波在326~352.6 GHz之间,输出功率大于2 W。同时,SDRWS的电子注通道半径为0.09 mm,相对较大,降低了返波管的制造难度。     

周期永磁聚焦耦合腔行波管的电子轨迹

周期永磁聚焦耦合腔行波管的电子轨迹绘于r-z和x-y两投视图中。这些曲线是在磁场值为1.0～1.9倍布里渊值和在小信号与饱和高频条件下绘出的。文中指出,合适编程的场能控制电子注入口问题以及使高频散焦达到最小,而且能大大地减小电子注的出口角。